FOTOSINTESIS
Komposisi bahan kering total tanaman sebagian besar terdiri atas bahan Carbon Karbohidrat bahan penyusun struktur tubuh tanaman dan sebagai sumber energi proses metabolisme Hill (seorang ahli biokimia) isotop oksigen (18O) membuktikan bahwa O2 yang dibebaskan pada proses fotosintesis itu berasal dari AIR Laju Fotosintesis untuk setiap daun tidak sama, tergantung pada:
Fase perkembangan daun (muda/tua) Kedudukan daun
KRT-2008
1
PROSES FOTOSINTESIS FOTOSINTESIS: Peristiwa penangkapan energi yang berasal dari cahaya matahari oleh hijau daun untuk pembentukan bahan organik. Pada proses biologi ini terjadi pengubahan energi cahaya matahari menjadi energi kimia PROSES FOTOSINTESIS: 1. Reaksi Terang / Reaksi Cahaya / Reaksi Fotokimia / Reaksi Hill: pembentukan ATP dan NADPH berlangsung dalam Grana 2. Reaksi Gelap berlangsung dalam Stroma
KRT-2008
2
CHLOROPLAST Proses fotosintesis berlangsung dalam chloroplast Chloroplast berdiameter 1-10µm, yang terbagi dalam 3 bagian: 1. Membran luar dan dalam yang membungkus isi kloroplas dan ruang antar membran yang memisahkan kedua membran 2. Stroma: Bagian encer dari klorolas yang merupakan gel protein dan tempat enzim yang mereduksi CO2 Enzim RUBISCO (Ribulose Biphosphate Carboxylase – Oxygenase) 3. Thylakoid: Yang terdiri atas thylakoid membran dan thylakoid lumen. Thylakoid dapat berada dalam keadaan menumpuk dan terikat satu sama lain disebut Grana Thylakoid membran adalah tempat sstem pigmen yang berfungsi mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi kimia. KRT-2008
3
KRT-2008
4
CHLOROPHYLL & PIGMEN Pigmen merupakan substansi yang dapat mengabsorsi cahaya. Warna pigmen berasal dari panjang gelombang cahaya yang dipantulkan. Bila pigmen mengabsorbsi energi, maka ada 3 kemungkinan: Energi dihilangkan/dihamburkan sebagai panas Energi segera dipancarkan sesuai dengan Fenomena Fluorescence Energi dapat memacu reaksi kimia seperti pada proses fotosintesis Chlorophyll memacu reaksi kimia ketika berkaitan dengan protein yang melekat dalam membran (seperti dalam Chloroplast) Chlorophyll, pigmen hijau yang ada pada semua sel fotosintetik, mengabsorbsi semua panjang gelombang dari visible light, kecuali hijau yang dipantulkan dan terdeteksi oleh mata kita. KRT-2008
5
CHLOROPHYLL & PIGMEN Chlorophyll merupakan molekul kompleks yang modifikasinya dapat terjadi di antara tanaman dan organisme fotosintetik. Semua organisme fotosintetik mempunyai Chorophyll a Pigmen lain yang dapat mengabsorbsi energi yang tidak dapat diabsorbsi oleh Chlorophyll a, yaitu: Chlorophyll b Xanthophyll Carotenoids (Beta-Carotene) Pigmen dapat berperan sebagai: Pigmen receptor Penerima cahaya Pigmen redoksi Transfer elektron Senyawa yang terlibat dalam reduksi CO2 menjadi karbohidrat (baik sebagai enzim) atau zat pengikat Aktivitasnya saling berhubungan KRT-2008
6
Struktur Molekul Pigmen
KRT-2008
7
KRT-2008
8
Cahaya merah dan biru adalah cahaya yang penting bagi proses fotosintesis
KRT-2008
9
PHOTOSYNTHESIS
+
H2 O
CO2
Energy The image cannot be display ed. Your computer may not hav e enough memory to open the image, or the image may hav e been corrupted. Restart y our computer, and then open the file again. If the red x still appears, y ou may hav e to delete the image and then insert it again.
Which splits water
ATP and NADPH2
Light is Adsorbed By Chlorophyll
ADP NADP
Chloroplast
O2
Calvin Cycle
Used Energy and is recycled.
+
Light Reaction
C6H12O6 Dark Reaction
KRT-2008
10
KRT-2008
11
KRT-2008
12
Reaksi Terang / Reaksi Hill
KRT-2008
13
REAKSI TERANG / REAKSI FOTOKIMIA
Transfer elektron dan proton dalam membran thylakoid melibatkan 4 sistem pigmen, yaitu: Photosystem II, Plastoquinone, Cytochrome b/f, dan Photosystem I Plastocyanin: “Blue Copper” Protein, memediasi transfer elektron antara Cytochrome f dan Photosystem I PHOTOLYSIS (REAKSI HILL): 2 molekul air dipecah menjadi ion Hidrogen dan Oksigen. Ion Hidrogen akan melekat pada molekul NADP (Nicotinamide Adenin Dinucleotide Phosphate), menghasilkan NADPH2. Oksigen akan keluar sebagai gas O2 Pelepasan proton dan Oksidasi air yang menghasilkan O 2 berlangsung dalam lumen oleh Photosystem II Photosystem I mereduksi NADP+ menjadi NADPH pada sisi membran thylakoid yang menghadap stroma Proton juga ditranspor ke dalam lumen oleh Cytochrome b/f complex dan menunjang terjadinya “electrochemical gradient proton” Proton ini kemudian berdifusi ke enzym ATP Synthase, dan difusinya menyebabkan terbentuknya ATP ATP dibebaskan ke stroma melalui pergerakan H + dari lumen ke stroma
KRT-2008
14
KRT-2008
15
REAKSI TERANG / REAKSI FOTOKIMIA
KRT-2008
16
REAKSI TERANG /REAKSI FOTOKIMIA
KRT-2008
17
ELECTRON TRANSFER
Ketika cahaya meyambar / mengenai atom Mg yang ada dalam molekul Chlorophyll, maka akan terjadi loncatan elektron dan meninggalkan orbit dari atom Mg. Elektron dapat berubah menjadi energi kimia yang bermanfaat
KRT-2008
18
PHOTOPHOSPHORYLATION
Loncatan elektron (dengan energi cahaya tambahan) akhirnya melengkapi energi dengan menambah phosphate pada senyawa Adenosine Diphoshate (ADP), menghasilkan Adenosine Triphosphate (ATP) ATP merupakan molekul energi yang penting ATP dan NADPH2 merupakan sumber energi yang dapat diperbarui / di-recycle
KRT-2008
19
CALVIN CYCLE / CARBON REACTION PATHWAY
KRT-2008
20
KRT-2008
21
KRT-2008
22
REAKSI GELAP
1. 2.
Reaksi Gelap berlangsung pada saat yang sama dengan Reaksi Terang Reaksi Gelap akan segera berhenti bila energi cahaya tidak tersedia untuk membuat produk reaksi cahaya (Kecuali pada tanaman Xerophytes Reaksi Gelap terjadi dalam bagian Stroma dari Chloroplast Ada 2 tahap utama yaitu: Fiksasi Carbon dioxide Pembentukan Gula (Sugar Formation)
KRT-2008
23
1. FIKSASI CARBON DIOXIDE
Fiksasi Carbon Dioxide juga disebut: Carbon Dioxide Assimilation CO2 digabungkan kedalam rantai carbon 3-atom C (tanaman C3) atau 4-atom C (tanaman C4)
KRT-2008
24
FIKSASI CARBON DIOXIDE PADA TANAMAN C3
Umumnya tanaman memerlukan Enzim RuBP Carboxylase / RuBisCO (merupakan protein alami yang membantu mengkatalisa / menyelesaikan reaksi) untuk melakukan fiksasi CO2 Fiksasi CO2 terjadi dalam sel Mesophyll (Palisade atau Spongy) Membentuk Produk 3-atom C yang siap untuk pembentukan gula Disebut tanaman C3 karena produk pertama yang terbentuk dari fiksasi CO2 mempunyai 3-atom C Tanaman C3: Wheat, Kedelai, Kapas, Tembakau, Kacangkacangan, Tomat, Kentang, Cabai, Cucurbit
KRT-2008
25
FIKSASI CARBON DIOXIDE PADA TANAMAN C4
“Hatch-Slack Pathway” merupakan proses fiksasi CO2 pada tanaman di daerah Kering atau Tropis Tanaman memerlukan enzim PEP Carboxylase dalam sel Mesophyll untuk Fiksasi CO2 dan membentuk produk 4-atom C Produk 4-atom C ini kemudian ditranspor kedalam Bundle Sheath Cell tempat CO2 dilepaskan dan kemudian segera difiksasi oleh RuBisCO seperti pada C3 Cycle. Proses fiksasi dengan RubisCO sama seperti pada tanaman C3, tetapi terjadi dalam Bundle Sheath Cell, bukan pada sel Mesophyll PEP Carboxylase mempunyai afinitas/daya gabung CO2 yang lebih tinggi daripada RuBisCO Pada tekanan CO2 rendah, RuBisCO tidak mampu membedakan dengan baik antara O2 dan CO2 maka biasanya stomata terbuka lebar agar terjadi fotosintesis KRT-2008
26
C4-pathway
KRT-2008
27
PEP Carboxylase vs. RuBisCO
PEP Carboxylase bekerja dengan baik pada suhu panas tetapi tidak bekerja optimal pada suhu dingin Ini alasannya mengapa C4 Grasses disebut Rumput2an musim panas, dan mengapa tanaman tersebut tidak dapat bersaing secara baik dengan C3 Grasses pada suhu yang lebih dingin C4 Grasses dapat menjaga stomata tetap daun tetap tertutup selama Tengah-hari dan dapat mengekstrak setiap / semua molekul CO2 dalam daun Sebaliknya, C3 Grasses menjaga stomata tetap tertutup di daerah kering untuk mengatasi respirasi yang tinggi
KRT-2008
28
Tanaman C4 dan CAM
KRT-2008
29
CAM Photosynthesis
Crassulacean Acid Metabolism merupakan tipe fotosintesis yang hanya dilaksanakan oleh tanaman Xerophytes Pada malam hari:
Selama siang hari:
Stomata terbuka Tanaman memfiksasi CO2 menjadi produk 4-atom C Produk 4-atom C sepanjang malam disimpan dalam vacuola Stomata tertutup CO2 dilepaskan dari produk 4-atom C Reaksi Terang dan Reaksi Gelap berjalan normal tanpa membuka stomata Tanaman dapat menjaga air tetap ada selama siang hari
Bila air cukup, tanaman ini biasanya melaksanakan fotosintesis seperti pada tanaman C3 Tanaman CAM:
Cactus, Succulent Nanas, Agave, Tequila
KRT-2008
30
2. SUGAR FORMATION Rantai Carbon yang terbentuk dalam tahap pertama diubah menadi Glucose (C6H12O6)
KRT-2008
31
